矩形域上的参数曲面自由变形算法

针对参数曲面的自由变形,构造了矩形域上一类带平台的、分片多项式形式的伸缩函数.新的伸缩函数具备了对称性、单点峰值性、线性峰值性和区域峰值性等良好的性质;且具备了简单的多项式形式,易于构造和操控;由此构造的伸缩因子中的各个参数具备明显的几何意义,特别适用于交互设计.将基于伸缩因子构造的变形矩阵作用于待变形的曲面,可以获得诸如凹凸、剪切、伸缩和改变变形中心等各类变形效果,借助于叠加变形可进一步实现丰富多样的复杂变形效果.该文付出了大量的数值实例,展示了各类变形效果以及伸缩函数中各个不同参数对形状的调控.     

基于伸缩因子的toric-Bézier曲线自由变形

为了得到理想的几何变形效果,将伸缩因子和toric退化理论作用到toric-Bézier曲线上,最终实现曲线的自由变形。首先给定提升函数构造出带参数t的权因子集,从而得到带参数t的toric-Bézier曲线;然后选取变形中心、变形区间以及变形区间边界光滑度,根据控制函数f(t)的选取原则选取适当的控制函数,确定伸缩因子进而构造出变形矩阵,再将其作用到上述带参数t的toric-Bézier曲线上;最后,当t趋于无穷大时,得到目标曲线,实现toric-Bézier曲线的自由变形,通过交互改变控制参数,可达到预期的变形效果,并可给出toric-Bézier曲线的变形动画演示。实验表明,该技术计算简单、易于控制,可兼顾整体与局部对曲线进行自由变形,具有可调性和预见性,叠加使用可得到丰富的变形动画效果,适用于几何造型和计算机动画等领域。     

凸多边形域上的参数曲面自由变形

为了获得丰富的曲面造型效果,构造了一种兼具单峰性和区域峰值性,支撑区域为任意凸多边形域的伸缩因子.首先引入基于凸多边形域的伸缩因子;然后构造了空间变形矩阵;最后将上述变形矩阵作用于待变形曲面的方程上,获得相应的变形效果.数值实例结果表明,通过调控支撑区域、峰值区域、变形中心、主方向、伸缩参数和光滑参数,可以灵活地对曲面变形;该方法不仅计算简单、易于控制,还能精确地控制变形的范围,迭加使用可以得到丰富的变形效果.     

参数曲面四边域上控制变形的伸缩因子与实验

为了改进参数曲面自由变形方法,构造了四边形区域上的伸缩因子函数,它不仅具有已往文献所引入的伸缩因子的特性,还可以在区域上达到峰值,从而克服现有的伸缩因子仅在一点达到峰值的不足,变形区域也由圆形域变为四边形区域.使用四边形区域上的伸缩因子函数去作用待变形曲面的参数方程,从而使曲面在四边形区域上发生形变,并且可通过交互改变控制参数来控制所曲面变形的形状,使其能够更好的表示一些实体的外型.最后,实验结果表明,该方法的数学比较背景简单、各个参数容易控制、重复使用该因子作用于变形曲面,可获得丰富的变形效果.该伸缩因子可应用于几何造型、计算机图形学、计算机动画以及CAD/CAM等众多领域.     

具有区间峰值的曲面伸缩因子及其实验

为了改进参数曲面自由变形方法,构造了一种新的伸缩因子函数,它不仅具有以往文献所引入的伸缩因子的特性,还可以在区域上达到峰值,从而克服现有的伸缩因子仅在一点达到峰值的不足。使用新的伸缩因子去作用待变形的曲面方程,从而使曲面发生形变,通过交互改变控制参数来控制曲面的形状,使其能够更好地表示一些实体的外型。实验表明,该方法数学背景简单,易于控制,重复使用可获得丰富的变形效果。适用于几何造型、计算机动画、CAD/CAM等领域。     

参数曲线曲面自由变形的多项式因子方法

为得到理想的造型效果,提出一种空间参数曲线曲面自由变形的方法.首先引入基于多项式的伸缩因子,并构造了空间变形矩阵;然后将变形矩阵或伸缩因子作用于待变形曲线曲面方程,从而得到形变效果.实验结果表明,该方法计算简单、易于控制,可得到较好的变形效果.     

基于伸缩因子的参数曲线自由变形

提出一种新的参数曲线自由变形方法：构造出特殊的伸缩因子函数，以此去作用（伸缩）待变形曲线方程，从而使曲线发生形变，通过交互改变控制参数，可达到预期的变形效果，实验表明，该方法数学背景简单，易于控制，重复使用可获得丰富的变形效果，适用于几何造型，计算机动画等领域。     

渐进迭代逼近方法在曲线变形上的应用

目的 随着几何造型、计算机动画等领域的快速发展,曲线的自由变形技术在近年来受到了广泛的关注。为了获得更多有趣、逼真的变形效果,提出基于渐进迭代逼近与主顶点方法的曲线局部变形算法。方法 给定数据点集,首先采用渐进迭代逼近方法或是基于最小二乘的渐进迭代逼近方法产生待变形曲线;其次对待变形区域使用延拓准则,基于主顶点方法与待变形曲线的形状信息选取控制顶点进行调整;最后对调整后的控制顶点运用局部渐进迭代逼近方法生成逼近曲线,得到期望的变形效果。结果 此变形操作借助于局部渐进迭代逼近方法,具有较好的灵活性。通过茶壶、面部轮廓、手等数值实例,表明了该方法可以得到良好的变形效果。进一步地,借助于叠加变形还可以得到整体的、周期的、伸缩的等各类更加丰富的变形效果。结论 本文研究渐进迭代逼近在曲线变形上的应用,将主顶点方法引入曲线的变形之中,把两者相结合提出了基于渐进迭代逼近与主顶点方法的曲线局部变形算法。该算法不仅具备渐进迭代逼近方法的收敛稳定性,且借助于主顶点方法,可以得到较好的变形效果。该方法适用于曲线的局部变形,丰富了曲线的变形效果。     

平面参数曲线的自由变形

提出一种全新的参数曲线自由变形方法:基于平面矢量叠加原理构造出特殊的伸缩矢量函数去作用待变形曲线,从而使曲线发生形变,通过改变曲线上型值点的位置和个数以及每个型值点处的权因子可达到预期的变形效果.实验表明,该方法数学背景简单、易于控制,重复使用可获得丰富的变形效果,适用于几何造型和计算机动画等领域.     

参数曲面多边形区域上变形的伸缩因子与实验

为了改进参数曲面自由变形方法,构造了凸多边形域上的伸缩因子函数,它具有已往文献所引入的伸缩因子的特性。可使用新的伸缩因子去作用待变形曲面的参数方程,从而使曲面发生形变。可通过交互改变控制参数来控制曲面的形状,使其能够更好地表示一些不规则实体的外型。实验表明,该方法的数学背景简单、易于控制、重复使用可以达到获得丰富变形效果的目的。可用于几何造型、计算机动画以及CAD/CAM等领域。     

非均匀有理B样条曲线优化匹配组合

目的 为了解决从曲线库(轮廓线集合)中筛选出与期望曲线相匹配的相似曲线段问题,研究基于Kabsch算法的NURBS(非均匀有理B样条)曲线优化匹配组合方法。方法 首先提出一种基于Kabsch算法的曲线相似性判断方法,针对两条NURBS曲线上相同个数点阵,经最优旋转和平移变换得到其最小均方根偏差,进而依据基于最小均方根偏差和相似度指标判断曲线相似性;在此基础上,提出一种类似二分查找法的曲线优化匹配组合方法,对于给定相似度和最小搜索步长,通过曲线分割和相似性判断得到期望曲线分割段数最少的相似组合曲线。结果 给定一条期望的3D曲线,在相似度为0.025和最小搜索步长为0.05情况下,采用所提方法从包含4条3D曲线的曲线库中依次筛选出10段基元构建相似组合曲线。结论 提出了一种新的NURBS曲线优化匹配组合方法,实验结果表明,对不同期望曲线能高效稳定构建相对应的相似组合曲线,适用于类似碎片拼接重构问题。     

基于弧长参数化的曲面W-M 分形插值

论文提出了一种以Weierstrass-Mandelbrot 分形（简称W-M 分形）与参数 曲面相合成来实现分形曲面的数字化建模的方法。指出了在参数曲面上合成W-M 分形以及 实施弧长参数化计算的必要性;论述了弧长参数化的具体算法,并用此方法实现了W-M 分 形与参数曲面的合成;在此基础上,提出了两向异性分形曲面的一种建模方法,实现了参数 曲面上进行两向异性W-M 分形的插值模拟。     

One-sided offset approximation of freeform curves for interference-free NURBS machining

Generating valid tool path curves in NURBS form is important in realizing an efficient NURBS machining. In this paper, a method for computing one-sided offset approximations of freeform curves with NURBS format as tool paths is presented. The approach first uses line segments to approximate the progenitor curve with one-sided deviations. Based on the obtained line approximating curve and its offsets, a unilateral tolerance zone (UTZ) is constructed subsequently. Finally, a C¹-continuous and completely interference-free NURBS offset curve is generated within the UTZ to satisfy the required tolerance globally. Since all of the geometric computations involved are linear, the proposed method is efficient and robust. Interference-free tool path generation thus can be achieved in NURBS based NC machining.     

一种参数多项式曲面片的逐点生成算法

在计算机绘图中，一般来说，曲线实际上是由折线代替，而曲面实为小平面拼接而成，在使计算量降到最低的情况下画出真正的曲线方面，已有许多文章研究了曲线的逐点生成方法，并取得了一定的进展，但是尚无有效的快速逐点生成曲面的方法，为了快速逐点生成曲面，在建立多项式函数递推计算公式和算法的基础上，给出了一种逐点生成参数多项式曲面片的算法，由于此算法中只用到整数加法运算，且点数的适当选取可使计算量达到极小，因此是一种很有效的算法，该方法还可以加以改进，而用于有理函数，这无疑对有理曲线曲面（如NURBS曲线曲面）的快速生成以及对计算机图形学的其他一些领域都是有意义的。     

NURBS surface fitting using orthogonal coordinate transform for rapid product development

Constructing a CAD model from a physical model plays a key role in some rapid product development processes. Presented in the paper is a method of fitting NURBS surfaces for rotational freeform shapes: (1) cloud-of-points data (COP-data) representing a rotational freeform shape are transformed into an orthogonal coordinate system, (2) a single-valued B-spline surface is fitted to the transformed data, and (3) the resulting B-spline surface is converted to a 3D NURBS surface by applying a symbolic product operation with a quadratic NURBS base-geometry. Compared to the existing ‘direct’ fitting methods, the proposed method has some distinctive advantages: it provides a natural means to parameterization, enables to recover exact NURBS geometry when the COP-data represent a true surface-of-revolution, and allows an easy point-membership classification for NURBS-bounded solid objects.     

集多种特性的三次三角伪B样条

目的 为了同时解决传统多项式B样条曲线在形状调控、精确表示常见工程曲线以及构造插值曲线时的不足,提出了一类集多种特性的三次三角伪B样条。方法 首先构造了一组带两个参数的三次三角伪B样条基函数,然后在此基础上定义了相应的参数伪B样条曲线,并讨论了该曲线的特性及光顺性问题,最后研究了相应的代数伪B样条,并给出了最优代数伪B样条的确定方法。结果 参数伪B样条曲线不仅满足C²连续,而且无需求解方程系统即可自动插值于给定的型值点。当型值点保持不变时,插值曲线的形状还可通过自带的两个参数进行调控。在适当条件下,该参数伪B样条曲线可精确表示圆弧、椭圆弧、星形线等常见的工程曲线。相应的代数伪B样条具有参数伪B样条曲线类似的性质,利用最优代数伪B样条可获得满意的插值效果。结论 所提出的伪B样条同时解决了传统多项式B样条曲线在形状调控、精确表示常见工程曲线以及构造插值曲线时的不足,是一种实用的曲线造型方法。     

形状可调的5次组合样条及其参数选择

目的 为了克服3次参数B样条在形状调整与局部性方面的不足,提出带参数的5次多项式组合样条。方法 首先构造一组带参数的5次多项式基函数;然后采用与3次B样条曲线相同的组合方式定义带参数的5次多项式组合样条曲线,并讨论基于能量优化法的5次组合样条曲线参数最佳取值问题;最后定义相应的组合样条曲面,并研究利用粒子群算法求解曲面的最佳参数取值。结果 5次组合样条不仅继承了3次B样条的诸多性质,而且还比3次B样条具有更强的局部性及形状可调性。由于5次组合样条仍为多项式模型,因此方程结构相对较为简单,符合实际工程的需要。利用能量优化法可获得光顺的5次组合样条曲线与曲面。结论 所提出5次多项式组合样条克服了3次参数B样条在形状调整与局部性方面的不足,是一种实用的自由曲线曲面造型方法。     

平面参数曲线变形的仿射映射B样条方法

提出一种新的参数曲线变形方法:采用一种特殊的B样条展开式作为伸缩函数,构造了具有明确几何意义的变换矩阵,用它作用于待变形的曲线,可使曲线发生变形。此方法数学模型简单而变形效果良好。展开式的系数作为变形的控制参数,每个参数具有局部可控性,变形效果较丰富。可分别定量地控制变形的发生区间、变形区间界点处的连续性与光滑性、变形方向和变形幅度等。实验表明,该方法通过交互改变控制参数,可获得预期的、丰富的形状修改和变形效果,适用于几何造型、计算机动画、CAD等领域。